亞臨界660MW燃油鍋爐吊掛管爆管原因分析

劉 勇

（大唐濱州發(fā)電有限公司，山東 濱州 256651）

1 引言

沙特某電廠#1，#2機組為660MW燃油機組是亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)的燃油鍋爐。燃燒器前后墻對沖布置，一次中間再熱，再熱蒸汽采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)，平衡通風，單爐膛背靠背露天布置，全鋼架汽包鍋爐。

#1鍋爐自2012年4月份投運以來，由于爐膛振動問題，于5月底和6月底分別停爐，對燃燒器進行了改造。第二次燃燒器改造后，鍋爐于7月4日重新啟動，進入沙特的夏季高峰負荷運行期。在7月31日發(fā)現(xiàn)泄漏，為保證夏季供電，機組繼續(xù)運行，直至2012年9月19日停爐，發(fā)現(xiàn)吊掛屏過熱器超溫爆管，隨后進行換管和修復(fù)。然而2013年2月，#1，#2機組在短時間內(nèi)屏過吊掛管連續(xù)發(fā)生兩次嚴重爆管，影響了機組長期穩(wěn)定運行，造成了巨大的經(jīng)濟損失。

2 試驗分析

為分析爆管及鼓包原因，防止類似情況再次發(fā)生，在2013年2月爆管后，從電廠取回部分樣管，進行了檢測及分析。

樣管一為一彎頭，彎頭附近有個菱形爆口，爆口邊緣嚴重減薄，最大爆口處壁厚為 3.8mm，最大爆口處周長為 201mm，脹粗率為 0.8%，爆口附近直管段未發(fā)現(xiàn)明顯脹粗；樣管內(nèi)壁向火面光滑，而背火面內(nèi)表面 1/2圓周范圍內(nèi)都存在白色附著物，其中 3點和 6點（以向火面爆口或鼓包位置為0點）方向最為明顯，最厚為0.2mm且有脫落的痕跡；樣管外表面光滑，有輕微的附著物。

樣管二只有半個呈喇叭狀爆口，爆口邊緣嚴重減薄，趨近鋒利，目視檢查爆口附近未發(fā)現(xiàn)微裂紋；最大爆口處周長為208mm，脹粗率為4.3%，爆口附近管段未發(fā)現(xiàn)明顯脹粗；外壁光滑，局部有輕微的附著物，內(nèi)壁很光滑，也是在3點位置存在 薄薄一層白色附著物。

樣管三上有兩處脹管鼓包，均有不同程度的開裂，呈魚嘴狀爆口。爆口長約28.5mm，爆口處壁厚嚴重減薄，趨近鋒利，爆口附近的外表面附著物檢查最厚處為1.3mm，最大鼓包處直徑為69.72mm，管徑的最大變形量為8.2%； 樣管外表面有很厚灰褐色附著物，各個位置附著物的厚度也不盡相同；內(nèi)表面背火面1/2 圓周范圍內(nèi)存在白色的附著物，最厚為0.5mm左右，跟樣管一形態(tài)和分布基本相同。

3 原因分析

通過以上試驗分析可以得出，沙特鍋爐吊掛管后期頻繁爆管最主要的原因是管道內(nèi)部結(jié)垢引起管壁短期超溫爆管；而引起吊掛管內(nèi)結(jié)垢最主要的原因是蒸汽帶水進入吊掛管，而蒸汽帶水主要與水位測量和控制、鍋爐化學(xué)加藥及汽水品質(zhì)控制、汽包內(nèi)部汽水分離器分離效果、吊掛管內(nèi)蒸汽流量等有關(guān)；再加之燃燒不均衡、爐膛熱負荷偏差等綜合作用引起吊掛管內(nèi)結(jié)垢爆管。

3.1 管子內(nèi)壁垢層對爆管的影響

在# 1、 #2爐樣管中，均在爆管管子內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)白色，灰色附著物，檢測該異常組織，該垢層貼在管子內(nèi)壁的厚度達到0.5mm。在設(shè)計煙溫和設(shè)計工質(zhì)溫度的條件下，由于垢層的熱阻大，其導(dǎo)熱系數(shù)與金屬材料相比相差幾百倍，造成管壁超溫，引起爆管。

結(jié)垢產(chǎn)生的主要原因是離開汽包的飽和蒸汽帶水，其次是爐水和蒸汽中磷酸根離子含量高。

3.2 爐膛熱負荷分配不平均的影響

#1、#2鍋爐自投運以來一直存在著爐膛熱負荷分配不平均，造成局部熱負荷偏大，這是鍋爐局部受熱面工作環(huán)境惡劣，造成局部受熱面超溫的原因之一，而且由于熱負荷偏差的存在，造成了汽包水位偏差，給運行調(diào)整造成困難。

3.3 管內(nèi)流量的影響

即便局部熱負荷高，只要保證管子內(nèi)壁能得到良好的冷卻，沒有結(jié)垢層的出現(xiàn)，仍然能夠保證管組在安全的壁溫條件下運行。但是若出現(xiàn)管內(nèi)流量不足或管子內(nèi)壁不能得到良好的冷卻時，也可能面臨爆管的風險。蒸汽從汽包引出，經(jīng)過20根汽水引出管進入吊掛管進口集箱，從吊掛管進口集箱引出了8根Φ89×9的旁通管，其余工質(zhì)進入吊掛管下行段，流經(jīng)水平段的吊掛管過熱器。在滿負荷下，流經(jīng)旁通管的流量占主蒸汽流量額28.6%。同時由于管內(nèi)結(jié)垢，吊掛管的阻力增加，影響了原有的流量分配，使得流經(jīng)吊掛管的流量比設(shè)計小在負荷升降的過程中，可能使旁通管的流量分配出現(xiàn)偏離設(shè)計值的情況，若流量偏小的管子又正好處于屏底熱負荷最高的區(qū)域，流量偏小與熱負荷偏高相疊加，也可能是爆管的潛在因素之一。

4 采取措施

為防止爆管的再次發(fā)生，確保鍋爐安全運行，我們采取了如下技術(shù)措施：

（1）控制蒸汽帶水。運行過程中，盡量避免汽包水位波動和偏差過大，以及機組負荷出現(xiàn)過大或過快的波動。

（2）封堵旁路，加大吊掛管蒸汽流量。封堵了8根旁通管，使得流經(jīng)吊掛管屏的工質(zhì)流量增加，在保持中壁溫度相同的情況下，現(xiàn)有的沒有旁通管的結(jié)構(gòu)能夠有效降低壁面溫度，煙氣溫度上升71℃，中壁溫度與原設(shè)計一樣。

（3）原設(shè)計中吊掛屏材質(zhì)為SA-213T22，規(guī)格為Φ63.5×7.5，在設(shè)計壓力19.95MPa下中壁溫度最高能使用到489℃。管材的抗氧化溫度為649℃。將吊掛管屏材料替換為SA-213T91之后，在設(shè)計壓力19.95MPa下最高能使用到579℃，許用壁溫上升90℃。

（4）運行過程中，嚴格控制鈉離子和磷酸根離子的含量。

采取上述措施后，消除引起爆管的一些潛在因素，大大提高了吊掛管屏的安全裕量，從而保證機組的長期穩(wěn)定安全運行。

結(jié)束

通過對本次爆管后的樣管進行的試驗檢查，以及結(jié)合檢修和運行過程中發(fā)生的問題，對幾次爆管原因進行了分析，主要是由于離開汽包的飽和蒸汽帶水形成的結(jié)垢以及局部熱負荷過高和蒸汽流量分布不均等因素造成，在采取了一些控制和技術(shù)措施后，效果非常明顯，也為我們以后遇到類似的情況提供了借鑒。

[1]DBC.Rabigh鍋爐吊掛管爆管原因分析，2013（03）.

[2]吳磊，顧昌.1025t/h鍋爐高溫過熱器爆管原因分析.湖北電力，2004（01）：23-24.